天宫二号紫外前向光谱仪是一种对全球中层大气进行大气痕量气体垂直分布探测的新型光谱仪, 在对大气痕量气体进行反演中, 需要高精度地计算观测大气的高度参数等几何位置参数。本文针对该光谱仪的几何成像特点, 设计并提出了一种高精度的大气高度的计算方法。首先, 计算传感器坐标系下的观测矢量; 其次, 利用平台的轨道参数、姿态及成像时间等成像几何参数, 推导出传感器坐标系到地心固定坐标系的转换矩阵, 同时将观测矢量转换到地心固定坐标系下; 再次, 以标准地球椭球体为基准, 建立经过临边切点的虚拟椭球体模型, 并计算切点的地理坐标; 最后, 依据切点坐标推导出切点的临边高度。与理论值对比分析, 在相同地球临边高度对应的散射光谱幅亮度分布保持一致, 并且与美国OMPS载荷反演的O3结果进行定位误差分析, 高度误差小于1 pixel, 在2 km范围内, 从而验证了本文所提算法的可行性和正确性。

针对地球临边紫外环形成像仪的结构特点及高精度几何定标的需要，提出了一种基于紫外平行光管、高精度经纬仪及六维转台等设备进行的几何定标新方法。通过构建相应的几何定标新装置，实现了地球临边紫外环形成像仪超大临边视场的几何定标。几何定标结果显示，仪器在临边高度方向与理论设计符合程度在2 pixel以内，而在临边方位方向与理想情况偏差最大为25 pixel。不确定度分析表明，仪器在临边高度和方位方向上的几何定标不确定度分别为0.488 pixel和0.612 pixel，均达到亚像素级精度。几何定标新方法及装置对后续同类型仪器的前期光机装调及检测提供了重要参考和实现平台。